DE3418769A1

DE3418769A1 - Vorrichtung zur waermebehandlung von halbleiterplaettchen

Info

Publication number: DE3418769A1
Application number: DE19843418769
Authority: DE
Inventors: John Chagrin Falls Ohio Blechschmid; Richard D. San Jose Calif. Coyne; David Andover Mass. Palmer; John A. Sunnyvale Calif. Piatt
Original assignee: GCA Corp
Current assignee: GCA Corp
Priority date: 1983-05-23
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1984-12-13
Also published as: JPS6041214A; FR2546619A1; IT8467515A1; GB8412830D0; IT8467515A0; US4556785A; IT1179927B; GB2141217B; GB2141217A

Description

HOEGER, S?P£L1:R.EOHT & PARTNER

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UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

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A 4 6 149 b Anmelder: GCA Corporation

k - 176 209 Burlington Road

18. Mai 1984 Bedford, Massachusetts 01730

USA

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen.

Während das Backen bzw. die Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen typischerweise in öfen erfolgt, in die die Halbleiterplättchen chargenweise eingebracht werden oder in großen Durchlauföfen, durch die die Halbleiterplättchen auf Förderbändern hindurchgeführt werden, wurde auch bereits vorgeschlagen, die Wärmebehandlung von Halbleiterwafern mittels kleiner, fest installierter Heizvorrichtungen durchzuführen, welche in eine durchgehende Halbleiterfertigungsstrecke eingebaut sind. Zwei derartige Heizvorrichtungen mit einer Heizplatte sind beispielsweise in früheren Anmeldungen der Anmelderin (US Serial No. 263,928 und US Serial No. 373,9.78) beschrieben. Bei diesen früheren Heizvorrichtungen erfolgt die Wärmebehandlung so, daß in gewissem Umfang Verbindung zur Umgebung besteht, so daß sich gewisse unvermeidliche Wärmeverluste ergeben. Andererseits ist die Halbleiterfertigung von Natur aus ein Präzisionsverfahren, so daß es

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sehr erwünscht ist, alle Betriebsparameter, welche die verschiedenen Fertigungsschritte beeinflussen könnten, zu kontrollieren. Aus diesem Grunde wird angestrebt, die Heizvorrichtung im Bearbeitungsbereich möglichst weitgehend zu isolieren. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn gleichzeitig mit dem Glühen der Halbleiterwafer eine Behandlung derselben mit gewissen Reagenzien erfolgt, was bei den bisher üblichen Halb-·· leiterfertigungsstrecken jedoch nicht ohne weiteres möglich ist.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Heizvorrichtung anzugeben, welche vorteilhaft in eine Halbleiterfertigungsstrecke einfügbar ist, wobei gleichzeitig angestrebt wird, daß die von der Heizvorrichtung in ihre. Umgebung, d.h. in die angrenzenden Teile der Halbleiterfertigungsstrecke abgegebene Wärme,auf ein Minimum reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art gelöst, welche gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Es ist ein Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung, daß das Halbleiterplättchen bei der Wärmebehandlung von einer kontrollierten Gas- bzw. Dampfströmung umhüllt ist, wobei die Dampfströmung vorzugsweise Reagenzien enthält, welche während der Wärmebehandlung mit der

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Oberfläche des Halbleiterplättchens reagieren. Dabei ist es auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Austreten von Dämpfen des Reaktionsmittels in die Umgebung verhindert wird. Weiterhin lässt sich die Wärmebehandlung erfindungsgemäß unter exakt regelbaren Bedingungen mit hoher Wiederholgenaugikeit ausführen. Die Reagenzien werden dabei sparsam verwendet, und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist andererseits trotzdem relativ einfach und billig aufgebaut.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist geeignet, die Wärmebehandlung von HaIbleiterplättchen innerhalb einer Dampf- bzw. Gashülle durchzuführen. Im einzelnen werden die Halbleiterplättchen auf einer kreisrunden Heizplatte aus einem gut wärmeleitenden Material geglüht, wobei an der Oberfläche über den.gesamten Durchmesser der Heizplatte eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur bzw. Temperaturverteilung aufrechterhalten wird. Die Heizplatte ist längs ihres Randes und auf ihrer Unterseite derart von einer Absaugkammer umgeben, daß sich zwischen dem Plattenrand und dem angrenzenden Rand der Absaugkammer ein gleichmäßiger Ringspalt ergibt. Über der Heizplatte befindet sich eine Kappe bzw. ein Deckel, welcher die Heizplatte im wesentlichen überdeckt, jedoch die Zuführung und den Abtransport von Halbleiterplättchen gestattet. Der Deckel enthält dabei Einrichtungen, mit deren Hilfe über der Oberfläche eines auf der Heizplatte befind-

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lichen Halbleiterplättchens eine radial nach außen gerichtete Dampfströmung erzeugbar ist, wobei das Gas bzw. der Dampf anschließend über den Ringspalt in die Absaugkammer abgesaugt wird.

Vorzugsweise ist der Deckel an seiner einen Seite mit einem Scharnier befestigt, welches Einrichtungen umfasst, die das Verdampfen eines flüssigen Reaktionsgemisches in eine Inertgasströmung gestatten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert, Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Halbleiterfertigungsstrecke , längs welcher die Halbleiterplättchen mitte1ε Luftschienen transportiert werden und die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Heizvorrichtung der Halbleiterfertigungsstrecke gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung von Auslaßöffnungen eines Deckels der Heizvorrichtung gemäß Fig. 2;

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Fig. 4

einen Querschnitt durch das Scharnier des Deckels der Heizvorrichtung gemäß Fig. 2 und

Fig. 5

eine Ansicht eines mittleren Teilstücks des Scharniers gemäß Fig. 4 .·

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Teil einer durchgehenden Halbleiterfertigungsstrecke, längs welcher die HaIbleiterplättchen bzw. -wafer mit Hilfe von Luft von einer Station zur nächsten transportiert werden. Halbleiterfertigungssysteme mit derartigen Strecken werden beispielsweise von der Anmelderin unter dem Warenzeichen "Wafertrack" in den Handel gebracht. Die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen längs der Strecke sind mit den Bezugszeichen 11 und 13 bezeichnet und über Streckenabschnitte 15,17 miteinander bzw. mit einer weiteren Bearbeitungsstation verbunden.

Wie Fig. 1 zeigt, gehört zu der Bearbeitungsstation eine Heizvorrichtung gemäß der Erfindung, und zwar eine Heizplatte zur Waferbehandlung, welche durch einen schwenkbaren Deckel 21 abgedeckt ist. Die Bearbeitungsstation 11, bei der es sich um eine sogenannte Backstation (backing station) handelt, in der der Wafer einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist in einen Luftschienenabschnitt 22 integriert, welcher im übrigen ähnlich ausgebildet ist wie die Streckenabschnitte und 17. Es versteht sich, daß die einzelnen Streckenbzw. Luftschienenabschnitte typischerweise derart steuerbar sind, daß die Halbleiterwafer in gesteuerter Folge und in Übereinstimmung mit den Betriebsparametern des jeweils auszuführenden Fabrikationsprozesses zu den einzelnen Bearbeitungsstationen gebracht und wieder von diesen abtransportiert werden können.

*) (diese Wärmebehandlung wird häufig als ausheizen oder als tempern bezeichnet)

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Wie Fig. 2 zeigt, umfasst die Heizvorrichtung eine beheizbare, runde Scheibe bzw. eine Heizplatte 25 aus einem Material, welches außerordentlich korrosionsbeständig ist. Dabei versteht es sich, daß eine hohe Korrosionsbeständigkeit außerordentlich wichtig ist, wenn man die Bildung von Oxidationsprodukten vermeiden möchte, welche zu einer Kontaminierung der Halbleiterwafer führen könnten.. Ein geeignetes Material für die Heizplatte 25 ist beispielsweise die Legierung "HASTELLOY-x", welche von der Firma Cabot Company, Kokomo, Indiana, USA, hergestellt wird. Mit der Unterseite der Heizplatte 25 ist ein Heizblock 27 verbunden, insbesondere verklebt. Der Heizblock 27 umfasst vorzugsweise Temperatur- · sensoren sowie einen Heizwiderstand, so daß die Heizplatte 25 in definierter Weise beheizt und auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann.

Wie aus Fig. 2 und 3 deutlich wird, wird die Heizplatte 25 in eine entsprechende kreisrunde öffnung des Luftsch.ienenabschn.itts 22 derart eingesetzt, daß ihre Oberfläche im wesentlichen in einer Ebene mit der Luftschiene liegt, so daß ein Wafer durch entsprechende Betätigung der Luftlager bzw. -düsen bequem in die Heizvorrichtung hineinbewegt werden kann. Rings um die Heizplatte 25 ist zur Belüftung ein Ringspalt 29 vorgesehen, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird. Die Heizplatte 25 ist von einer unter ihr angeordneten Absaugkammer 33 umgeben, welche bei einem Anschlußstutzen 35. mit der Saugseite eines Gebläses 37 in Verbindung steht.

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Der Deckel 21 ist oberhalb der Heizplatte 25 mittels eines Scharniers 41 angelenkt. Wie Fig. 2 zeigt, umfasst der Deckel 21 einen ringförmigen Metallrand 42, an. welchem zwei runde Glasplatten 43,44 gehaltert sind, zwischen denen mit Hilfe eines Distanzringes 47 ein vorgegebener Abstand aufrechterhalten wird. Die genannten Elemente werden bezüglich des Metallrandes 4 2 durch einen Ring 51 gesichert. Wenn der Deckel 21 fluchtend über der Heizplatte 25 liegt, hat seine Unterseite einen gewissen Abstand von der Heizplatte 25 und der Ebene des Luftschienenabschnitts 22, so daß die Wafer durch das Luftschienensystem in die Heizvorrichtung hinein und aus dieser heraustransportiert werden können. Wenn es erwünscht ist, kann die Heizplatte 25 selbst eine Anzahl von Druckluftöffnungen bzw. -düsen aufweisen, die den Wafertransport erleichtern, wie dies im Prinzip von vorbekannten Einrichtungen bekannt ist.

Wie nachstehend noch näher erläutert wird, ergibt sich bei einem Unterdruck unterhalb des Deckels 21 eine Dampfströmung durch einen durch das Scharnier 41 hindurchgeführten Kanal, wobei der Dampf durch eine öffnung 55 austritt, die in dem Raum zwischen den Glasplatten 43,44 mündet. Ein vor der öffnung 55 angeordnetes Prallblech 45 leitet eine kreisförmige Strömung des Dampfes in dem Zwischenraum zwischen den Glasplatten 4 3,44 ein. Die untere Glasplatte 44 ist mit einer größeren Mittel-Öffnung 57 mit einem Durchmesser von etwa 0,65 mm und mit mehreren kleineren öffnungen 59 mit einem Durch-

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messer von etwa 0,32 mm versehen, die rings um die Mittelöffnung 57 etwa auf halbem Weg zwischen dieser und dem Metallrand 4 2 angeordnet sind, wie dies aus Fig. und 3 deutlich wird. Durch die öffnungen 57,59 hindurch kann die Dampfströmung gegen die Oberfläche eines Halbleiterwafer s strömen, der sich auf der Heizplatte 25 befindet, so daß an der Waferoberfläche eine gleichmäßige Strömungsverteilung des Dampfes erreicht werden kann, und zwar eine im wesentlichen radiale Strömung.

Wenn der Dampf über die Oberfläche des Wafers hinweggeflossen ist, wird er durch den Ringspalt 29 in die Absaugkammer 33 abgesaugt. Auf diese Weise, wird erreicht, daß nur ein sehr begrenzter Wärmeübergang von der heißen Heizplatte 25 zu den angrenzenden Teilen der Bearbeitungsstation 11 erfolgt, da der Wafer und die Heizplatte 25 mit dem zugehörigen Heizblock 27 vollständig von einer Dampfströmung umhüllt werden, welche die von der Heizplatte abgestrahlte Wärme abführt.

Wie aus Fig. 4 und 5 deutlich wird, umfasst das Scharnier 41 ein mittleres Teilstück 61, welches.gemeinsam mit dem Deckel 21 schwenkbar ist, sowie zwei stationäre Schenkel bzw. Blöcke 63 und 65. Um die Behandlung des Wafers bei der Wärmebehandlung mit einem Reaktionsmittel zu erleichtern, enthält das Scharnier 41 eine Zerstäuberanordnung zum Zerstäuben einer Reaktionsflüssigkeit in ein inertes Trägergas bzw. eine Wirbelanordnung zum Verdampfen der Flüssigkeit.

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Ein bevorzugtes Reaktionsmittel ist HMDS (Hexamethyldisilazan)_/ welches wegen seiner Flüchtigkeit und Entflammbarkeit typischerweise im Verhältnis 50:50 mit einem Kühlmittel, wie z.B. Freon, zugeführt wird. Geeignete Gemische dieser Art werden beispielsweise von der Firma Baker Chemical Company, Hayward, Kalifornien., USA, vertrieben. Während HMDS bereits früher zur Behandlung von Siliziumwafern verwendet wurde, erfolgte eine solche Behandlung typischerweise chargenweise, wobei eine kleine Menge des HMDS in ein Gefäß eingeführt wurde, welches gelegentlich auch als "Bombe" bezeichnet wird und in dem sich eine Vielzahl von Wafern befanden, wobei die gesamte Anordnung erwärmt bzw. "gebacken" wurde.

Während man in manchen Fällen mit Gasblasen arbeiten kann, um eine verdampfbare Flüssigkeit mit einem Gas zu mischen, ist dies bei HMDS/Freon-Gemischen nicht befriedigend, da sich aufgrund der unterschiedlichen Bestandteile eines solchen Gemisches eine fraktionierte Destillation ergibt, was zur Folge hat, daß die HMDS-Konzentration im Dampfstrom schwankt. Das Zerstäuben von HMDS-Freon-Gemisehen in einem Inertgas hat sich als wesentlich vorteilhafter erwiesen, da in die Gasströmung eine dosierte Menge des HMDS eingeführt werden kann, so daß gewährleistet werden kann, daß das Reaktionsmittel mit einem fest vorgegebenen Anteil bzw. mit einer vorgegebenen Konzentration vorliegt.

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Aus Fig. 4 wird deutlich, daß jeder der Mischungsbestandteile dem Scharnier 41 jeweils über einen der stationären Blöcke 63,65 zugeführt werden kann. Das mittlere Teilstück 61 des Scharniers 41 enthält eine Zerstäuberkammer 66 und zu beiden Seiten der Kammer 66 jeweils-einen hohlen Schwenkzapfen 67 bzw. 69, der in den angrenzenden stationären Block 63 bzw. 65 hineinreicht. Als Drehdichtungen werden O-Ringe verwendet. Die flüssigen Komponenten (HMDS und Freon) werden über den Block 63 und durch die öffnung 71 des Zapfens 67 zugeführt, wobei die öffnung 71 so gebohrt ist, daß sie in die Kammer 66 im Bereich der Schwenkachse mündet, wie dies aus Fig. 5 deutlich wird.· Das inerte Spülgas, typischerweise Stickstoff, wird über den Block 65 zugeführt und fließt über eine Bohrung .7 3 des Schwenkzapfens 69 tangential in die Zerstäuberkammer 66, wie dies aus Fig. 5 deutlich wird. Da das Volumen des Spülgases typischerweise groß in Vergleich zum' Volumen des flüssigen Reaktionsgemisches ist, versteht es sich, daß in der Kammer 66 ein Wirbel gebildet wird, welcher die Tendenz hat, die an der öffnung 71 zugeführte Flüssigkeit zu zerstäuben und zu verdampfen. Das Dampfgemisch fließt aus dem mittleren Teil der Zerstäuberkammer 66 über eine Düsenanordnung 75 ab. Aufgrund der Zentrifugalkräfte bei der Zerstäubung werden die nicht verdampften Tröpfchen im Bereich der Kammerwand gehalten und nicht von dem austretenden Dampf mitgerissen. Auf diese Weise wird das Risiko verringert, daß mitgerissene Tröpfchen auf die Waferoberflache gelangen

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können und damit die Wärmebehandlung derselben beeinträchtigen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Heizvorrichtung gemäß der.Erfindung eine Wärmebehandlung von Halbleiterwafern innerhalb einer Dampfhülle erleichtert. Die Dampfhülle führt die Wärme von dem Wafer und der Heizvorrichtung ab, so daß die Wärmeabgabe in die Umgebung, bei der es sich typischerweise um einen Streckenabschnitt einer Halbleiterfertigungsstrecke handelt, auf ein Minimum reduziert wird. Die Dampfhülle kann dabei ein definiertes Gemisch einer Reaktionsflüssigkeit in einem inerten Spülgas sein, so daß während des Glühens bzw. während der Wärmebehandlung auch eine Behandlung der Waferoberfläche mit einem Reaktionsmittel erfolgen kann.

Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird und daß weitere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß ausgehend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel für den Fachmann zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

Claims

HOEGER1 STBLL-RE-CiHT.:& PARTNER ρ" Ά τ ε" "ν Y "α ν w~ ä l" τ ε ^O / 1 O Π C Q UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1 A 46 149 b Anmelder: GCA Corporation k - 176 20 9 Burlington Road 18. Mai 1984 Bedford, Massachusetts 01730 USA Patentansprüche

1. J Vorrichtung zur Durchführung einer Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Es ist eine Heizplatte (25) aus einem wärmeleitfähigen Material vorgesehen, welche an ihrer Oberfläche auf eine zumindest im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufheizbar ist; es ist eine Heizeinrichtung (27) zum Aufheizen der Heizplatte (25) vorgesehen;

es ist eine Absaugkammer (33) vorgesehen, welche die Heizplatte (25) seitlich und unten derart umgibt, daß zwischen der Kammerwand und dem Umfang der Heizplatte (25) ein umlaufender Spalt (29) vorhanden ist und

es ist eine Deckelanordnung (21,41) vorgesehen, mit der die Heizplatte (25) im wesentlichen abdeckbar ist, welche ferner das Zu- und Abführen von Halbleiterplättchen zu und von der Heizplatte (25) gestattet und welche Einrichtungen (41) umfasst, mit deren Hilfe eine gegen die Oberfläche eines auf der Heizplatte (25) befindlichen Halblei terplättchens gerichtete Dampf strömung erzeugbar ist, die durch den Spalt (29) derart in die

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Absaugkammer (33) absaugbar ist, daß sich eine das HaLbleiterplättchen und die Heizplatte (25) umhüllende Dampfströmung ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (27) derart ausgebildet ist, daß die Heizplatte (25) durch sie auf eine vorgegebene regelbare Temperatur aufheizbar ist.

3.. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte eine runde Heizplatte (25) ist und daß der Spalt (29) ein gleichmäßiger Ringspalt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelanordnung einen bezüglich der Heizplatte (25) schwenkbar montierten Deckel (21) mit einem Scharnier (41) auf der einen Seite der Heizplatte (25) umfasst und daß die Dampfströmung dem Deckel (21) durch ein Schwenkelement (61) des Scharniers (41) zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier (41) als Schwenkelement ein mit dem Deckel (21) verbundenes mittleres Teilstück (61) aufweist sowie jeweils einen stationären Block (63,65) auf jeder Seite des mittleren Teilstücks (61), daß jeder der Blöcke (63,65) mit einem Fluideinlaß versehen ist und daß Einrichtungen (71 ,73) vorgesehen sind, über die die Fluidströmung dem mittleren Teilstück (61) des Scharniers (41) zuführbar ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Teilstück (61) des Scharniers (41) Mischeinrichtungen (66,75) umfasst, mit deren Hilfe die über zugeordnete Einlasse (71 ,73) zugeführten Fluids mischbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Fluids eine Flüssigkeit ist und daß das andere Fluid ein Gas ist und daß die Mischeinrichtungen (66,71,73,75) als Wirbel-Mischeinrichtungen und derart ausgebildet sind, daß sie die Flüssigkeit derart mit dem Gas mischen, daß die in den Deckel (21) eingeleitete Fluid- bzw. Dampfströmung keine Tröpfchen enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist und daß die Flüssigkeit Hexamethyldisilazan enthält.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel(21)einen zwischen zwei Platten (43,44) befindlichen Hohlraum aufweist, dem die Dampfströmung aus dem Scharnier (41) zuführbar ist und aus dem die Dampfströmung durch Öffnungen (57,59) inder unteren Platte (44) gegen die Oberfläche des Halbleiterplättchens ausleitbar ist.